Около полутора лет назад компания Quantum Machines, специализирующаяся на квантовом управлении, и Nvidia объявили о глубоком партнерстве, которое объединит вычислительную платформу DGX Quantum от Nvidia и передовое оборудование Quantum Machine для квантового управления. Некоторое время мы не слышали о результатах этого партнерства, но теперь оно начинает приносить плоды и делает отрасль еще на один шаг ближе к святому Граалю - квантовому компьютеру с коррекцией ошибок.
На презентации в начале этого года обе компании показали, что они могут использовать готовую модель обучения с усилением, работающую на платформе DGX от Nvidia, чтобы лучше контролировать кубиты в квантовом чипе Rigetti, поддерживая калибровку системы.
Йонатан Коэн, соучредитель и технический директор Quantum Machines, отметил, что его компания давно пыталась использовать общие классические вычислительные машины для управления квантовыми процессорами. Эти вычислительные машины были небольшими и ограниченными, но с чрезвычайно мощной платформой DGX от Nvidia это не проблема. Святой Грааль, по его словам, - это квантовая коррекция ошибок. Мы еще не достигли этого». Вместо этого сотрудничество было сосредоточено на калибровке, в частности, на калибровке так называемых «-импульсов», которые управляют вращением кубита внутри квантового процессора.
На первый взгляд, калибровка может показаться одноразовой проблемой: вы калибруете процессор, прежде чем запустить на нем алгоритм. Но все не так просто. «Если вы посмотрите на производительность квантовых компьютеров сегодня, то получите высокую точность», - говорит Коэн.
«Но пользователи, когда используют компьютер, как правило, не могут добиться максимальной точности. Он постоянно дрейфует. Если мы сможем часто перекалибровать его, используя подобные методы и базовое оборудование, то мы сможем улучшить производительность и поддерживать точность [на высоком уровне] в течение длительного времени, что и требуется для квантовой коррекции ошибок».
Постоянная подстройка импульсов в режиме почти реального времени - чрезвычайно трудоемкая задача, но поскольку квантовая система всегда немного отличается от других, это также проблема управления, которая может быть решена с помощью обучения с подкреплением.
«По мере того как квантовые компьютеры расширяются и совершенствуются, возникают проблемы, которые становятся узкими местами и требуют больших вычислительных затрат», - говорит Сэм Стэнвик (Sam Stanwyck), менеджер по продуктам Nvidia для квантовых вычислений.
«Квантовая коррекция ошибок - это действительно огромная проблема. Это необходимо для обеспечения отказоустойчивости квантовых вычислений, а также для того, чтобы применить правильные управляющие импульсы для получения максимальной отдачи от кубитов».
Стэнвик также подчеркнул, что до DGX Quantum не существовало системы, которая обеспечивала бы такую минимальную задержку, необходимую для выполнения этих вычислений.
Как оказалось, даже небольшое улучшение калибровки может привести к огромным улучшениям в исправлении ошибок. «Окупаемость инвестиций в калибровку в контексте квантовой коррекции ошибок экспоненциальна», - объясняет менеджер по продукции Quantum Machines Рамон Шмук.
«Если вы откалибруетесь на 10 % лучше, это даст вам экспоненциально лучшую логическую ошибку [производительность] в логическом кубите, который состоит из множества физических кубитов. Так что здесь есть большая мотивация для того, чтобы калибровать очень хорошо и быстро».
Стоит подчеркнуть, что это только начало процесса оптимизации и сотрудничества. На самом деле команда просто взяла несколько готовых алгоритмов и посмотрела, какой из них работает лучше (в данном случае TD3). В целом, фактический код для проведения эксперимента составил всего около 150 строк. Конечно, это с учетом всей работы, проделанной двумя командами по интеграции различных систем и созданию программного стека. Однако для разработчиков вся эта сложность может быть скрыта, и обе компании рассчитывают со временем создавать все больше и больше библиотек с открытым исходным кодом, чтобы использовать преимущества этой более крупной платформы.
Шмук подчеркнул, что для этого проекта команда работала только с очень базовой квантовой схемой, но ее можно обобщить и на глубокие схемы. Если вы можете сделать это с помощью одних ворот и одного кубита, вы также можете сделать это с помощью ста кубитов и 1000 ворот», - сказал он.
«Я бы сказал, что отдельный результат - это маленький шаг, но это маленький шаг к решению самых важных проблем», - добавил Стэнвик. «Полезные квантовые вычисления потребуют тесной интеграции ускоренных супервычислений - и это, возможно, самая сложная инженерная задача. Поэтому, если мы сможем сделать это на квантовом компьютере и настроить импульс таким образом, чтобы он был оптимизирован не только для небольшого квантового компьютера, но и для масштабируемой модульной платформы, мы думаем, что с этим мы действительно на пути к решению некоторых из самых важных проблем в квантовых вычислениях».
Стэнвик также сказал, что обе компании планируют продолжить сотрудничество и предоставить эти инструменты в руки большего числа исследователей. В следующем году появятся чипы Blackwell от Nvidia, и у них будет еще более мощная вычислительная платформа для этого проекта.
Оригинал
Уникальность
